HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 1

BÀI TẬP
BỘ MÔN: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN :
HỌ TÊN SINH VIÊN
:
MÃ SINH VIÊN
:
NHĨM MƠN HỌC
:

Thầy NGUYỄN VIẾT ĐẢM
ĐẶNG PHƯƠNG NAM
B18DCVT298
03

1


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

Mục lục

1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vơ tuyến khả trị .................................2
2. Mơ hình kiến trúc hệ thống vô tuyến khả trị ........................................ 3

3. Chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả trị ....................... 4
4. Kiến trúc vật lý hệ thống vơ tuyến khả trị............................................. 7

5. Chu trình nhận thức trong mạng vô tuyến khả tri CRN ..................... 8
6. Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR .................... 9

7. Các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số
động ......................................................................................................... 10

1


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

1. Trình bày ý tưởng và khái niệm vô tuyến khả trị
 Ý tưởng vô tuyến khả trị:
 Chúng ta đều biết tần số vô tuyến là một tài nguyên khan hiếm được quản
lý bởi các tổ chức viễn thơng của chính phủ. Mặc dù phổ tần ngày càng
khan hiếm nhưng hiệu suất sử dụng phổ tần lại thấp.
 Do vậy yêu cầu bức thiết đặt ra là sử dụng hết, sử dụng hiệu quả và sử
dụng triệt để tài nguyên khan hiếm này. => Vô tuyến khả tri giải quyết
vấn đề này.
 Khái niệm vô tuyến khả trị:
 Vô tuyến khả tri thường được coi là “…một vơ tuyến có thể nhận biết
được mơi trường xung quanh và thích ứng một cách khả tri”, nghĩa là
vô tuyến khả tri là một thiết bị vô tuyến linh hoạt và có khả năng nhận
thức (khả tri), có thể thích ứng các tham số của nó theo sự thay đổi của
môi trường, theo yêu cầu của người dùng và các yêu cầu của những
người dùng vô tuyến khác cùng chia sẻ môi trường phổ.
 Một số khái niệm khác:
 Theo FCC: Vô tuyến khả tri là vô tuyến có thể thay đổi các
thơng số truyền dựa trên sự mơi giới với mơi trường mà nó hoạt
động. Theo đó, vơ tuyến khả tri là một hệ thống có khả năng

cảm biến môi trường xung quanh và điều chỉnh các các tham số
hoạt động của nó để tối ưu hố hệ thống dưới dạng: tối đa băng
thông, giảm can nhiễu, truy nhập phổ tần động.
 Theo giáo sư Simon Hayskin (cha đẻ của vô tuyến khả tri):
Vô tuyến khả tri là một hệ thống truyền thơng khơng dây thơng
minh, có khả năng nhận biết được môi trường xung quanh, và
từ mơi trường nó sẽ thích nghi với sự thay đổi của môi trường
bằng cách thay đổi các thông số tương ứng (cơng suất truyền,
tần số sóng mang, phương pháp điều chế) trong thời gian thực
với hai vấn đề chính: (i) truyền thông với độ tin cậy cao bất cứ
khi nào và bất cứ nơi đâu và (ii) sử dụng hiệu quả phổ vô tuyến.

 Theo IEEE: Vô tuyến khả tri là hệ thống phát/nhận tần số vô
tuyến mà được thiết kế để phát hiện một cách thông minh vùng
phổ đang được chiếm dụng hay khơng, và nhảy vào (hoặc thốt
khỏi nếu cần thiết) rất nhanh qua một khoảng phổ tạm thời
2


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

không sử dụng khác, nhằm không gây nhiễu cho các hệ thống
được cấp phép khác.

2. Mô hình kiến trúc hệ thống vơ tuyến khả trị

Hình 2.1: Kiến trúc phân lớp tổng quát cho vô tuyến khả trị.
 Quét phổ (Spectrum scanning) là một trong những chức năng quan trọng
nhất ở lớp vật lý của vô tuyến khả tri. Ở đây, tất cả vùng phổ của toàn bộ
băng tần hoạt động đều được quét. Việc quét phổ phục vụ cho cảm nhận,

phân tích, quản lý, chia xẻ, phổ tần trong môi trường phổ tần động.
 Đo kênh (Channel measurement) để xác định chất lượng của các kênh
đã quét, được chia sẻ với nhiều người dùng sơ cấp. Các thơng số của kênh
(cơng suất phát, tốc độ bít, …) phải được xác định dựa trên các kết quả đo
lường kênh.

Vơ tuyến khả tri phải có khả năng hoạt động tại các tốc độ truyền dữ
liệu, các dạng điều chế, các mã kênh, các mức công suất khác nhau. Kỹ
thuật MIMO cũng có thể được sử dụng để triệt nhiễu không gian và tăng
thông lượng thông qua việc ghép kênh. Kĩ thuật OFDM cũng có thể được
sử dụng để nâng cao hiệu quả băng tần và hiệu quả. Các chức năng khác
của lớp vật lý, như TPC và IPD,…
 Lớp liên kết dữ liệu gồm ba khối chính: giao thức quản lý nhóm, giao
thức điều khiển truy nhập mơi trường (MAC), và giao thức quản lý kết
nối. Giao thức quản lí nhóm được dùng để phối hợp mọi người dùng thứ
cấp trong cùng một nhóm. Một người dùng mới nào đó cũng có thể lấy
thơng tin cần thiết về nhóm khi tham gia vào một nhóm. Giao thức liên
3


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

kết dữ liệu được sử dụng để lựa chọn một kênh phù hợp để tạo ra kết nối
truyền thông. Lựa chọn này được thực hiện dựa trên các thông tin lấy được
từ việc quét phổ và IPD. Một khi kết nối thứ cấp được thiết lập, các giao
thức liên kết dữ liệu có trách nhiệm duy trì kết nối. Giao thức MAC hoạt
động dựa trên các thông tin từ lớp vật lý như “quét phổ” và “IPD”… Giao
thức MAC quyết định cách thức truy nhập vào kênh, phụ thuộc vào kiểu
kênh chia sẻ hoạt động bởi người dùng sơ cấp SU/CU.
 Lớp con hội tụ (Convergence Sublayer) trong lớp liên kết dữ liệu cung

cấp kĩ thuật phối hợp trong CR để hoạt động trong các môi trường không
dây khác nhau, như WWAN, WLAN, và WPAN, …
3. Chức năng và hoạt động của hệ thống vô tuyến khả trị
 Chức năng của hệ thống vô tuyến khả trị:
 Chức năng cơ bản của vô tuyến khả tri:
 Cảm nhận phổ: Phát hiện ra phổ tần không sử dụng và chia sẻ phổ
mà không gây nhiễu tới những người dùng khác.
 Quản lí phổ: Chiếm giữ phần phổ tần khả dụng nhất để đáp ứng yêu
cầu truyền thông của người dùng.

 Dịch chuyển phổ: Bảo đảm các yêu cầu truyền thông không bị ngắt
quãng trong lúc chuyển tới phổ tần tốt hơn.
 Chia sẻ phổ: Cung cấp phương pháp lập lịch phổ tần hợp lí giữa
nhiều người dung khả tri SU/CU đang cùng tồn tại.

4


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

Hình 3.1: Các chức năng truyền thông trong mạng vô tuyến khả tri CRN.
 Các thành phần trong CRN và tác động giữa chúng được minh họa trong
hình 3.1. Chính sự tác động này địi hỏi mạng vơ tuyến khả tri CRN phải
có chức năng thiết kế giữa các lớp. Đặc biệt, việc cảm nhận phổ và chia
sẻ phổ phải được kết hợp để nâng cao hiệu quả phổ. Trong chức năng chia
sẻ phổ và dịch chuyển phổ, các chức năng ở lớp ứng dụng, truyền tải, định
tuyến, truy nhập phương tiện và lớp vật lí được thực hiện đồng thời.
 Hoạt động của vô tuyến khả trị:
 Trên băng được cấp phép:


Hình 3.2: Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng cấp phép.
CRN cùng tồn tại với các mạng sơ cấp tại cùng một vị trí và trên cùng
một băng phổ. Tồn tại nhiều thách thức khi thực hiện các CRN trên băng
cấp phép vì sự tồn tại của những người dùng sơ cấp PU. Mặc dù, mục
đích chính của CRN là xác định phổ tần khả dụng, nhưng các chức năng
của CR trong băng cấp phép lại bao gồm phát hiện sự hiện hữu của các
người dùng sơ cấp PU.
Dung lượng kênh của các hố phổ phụ thuộc vào nhiễu xung quanh những
người dung sơ cấp PU. Do đó, việc tránh nhiễu lên PU là vấn đề quan
trọng nhất trong kiến trúc này. Hơn nữa, nếu PU xuất hiện trong băng phổ
bị những người dùng vơ tuyến khả tri chiếm, thì người dùng vơ tuyến khả
tri lập tức phải hồn trả lại phổ và chuyển tới phổ khả dụng khác (chuyển
giao phổ).
 Trên băng không được cấp phép:

5


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

Hình 3.3: Mạng vơ tuyến khả tri hoạt động trên băng không được cấp
phép
Tất cả thực thể trong mạng có quyền như nhau khi truy nhập tới các băng
phổ. Nhiều CRN cùng tồn tại trong một vùng giống nhau và truyền thông
sử dụng cũng một phần phổ như nhau. Các thuật toán chia sẻ phổ khả tri
có thể cải thiện hiệu quả sử dụng phổ và hỗ trợ QoS cao. Trong kiến trúc
này, những người dùng vô tuyến khả tri tập trung vào phát hiện việc
truyền của những người dùng vô tuyến khả tri khác. Khác với hoạt động
trên băng cấp phép, việc chuyển giao phổ khơng được kích hoạt bởi sự có
mặt của những người dùng sơ cấp khác.

Tuy nhiên, vì tất cả những người dùng vơ tuyến khả tri có quyền truy nhập
phổ như nhau, nên họ phải cạnh tranh với nhau trong cùng băng khơng
được cấp phép. Do đó, kiến trúc này địi hỏi các phương pháp chia sẻ phổ
phức tạp giữa những người dùng vô tuyến khả tri. Nếu nhiều mạng vô
tuyến khả tri nằm trong cùng một băng không được cấp phép thì phải có
phương pháp chia sẻ phổ phù hợp giữa các mạng này.

6


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

4. Kiến trúc vật lý hệ thống vơ tuyến khả trị

Hình 4.1: Kiến trúc vật lí của vô tuyến khả tri: (a) Máy thu/phát của vô tuyến
khả tri; (b) Kiến trúc đầu cuối RF băng rộng.
Kiến trúc tổng quát thu/phát của CR được minh họa trên hình 4.1(a). Thành
phần chính của máy thu/phát CR là đầu cuối vơ tuyến RF (RF front-end) và khối
xử lí bang gốc. Mỗi thành phần có thể tự cấu hình thơng qua một bus điều khiển
để thích ứng với mơi trường RF biến đổi theo thời gian. Trong đầu cuối RF, tín
hiệu thu được được khuếch đại, được trộn và được chuyển đổi A/D. Trong khối
xử lí băng gốc, tín hiệu được điều chế/giải điều chế, được mã hóa/giải mã. Khối
xử lí băng gốc của CR về bản chất cũng tương tự như máy thu/phát hiện thời.
Các thành phần cơ bản về đầu cuối RF trong CR là:
 Bộ lọc RF: Bộ lọc RF lựa chọn băng mong muốn bằng cách bỏ qua việc
lọc tín hiệu RF nhận được.
 Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA): LNA khuếch đại tín hiệu mong muốn
trong khi đồng thời giảm thiểu các thành phần tạp âm.

 Bộ trộn: tín hiệu thu được trộn với tần số RF nội, và được chuyển đổi

thành tần số băng gốc hoặc tần số trung tần (IF).
7


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

 Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO): VCO tái tạo tín hiệu tại một
tần số nhất định với điện áp cho trước để trộn với tín hiệu tới. Q trình
này chuyển đổi tín hiệu tới thành tần số băng gốc hoặc tần số trung tần.
 Vịng khóa pha (PLL): PLL đảm bảo tín hiệu được khóa ở một tần số nhất
định và cùng vưới VCO tạo ra các tần số chính xác.

 Bộ lọc lựa chọn kênh: Bộ lọc lựa chọn kênh để lựa chọn kênh mong muốn
và loại bỏ các kênh lân cận. Có hai loại bộ lọc lựa chọn kênh. Máy thu
chuyển đổi trực tiếp sử dụng bộ lọc thông thấp để lựa chọn kênh, còn máy
thu superheterodyne lại sử dụng bộ lọc thông dải.
 Mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC): AGC duy trì độ lợi hoặc mức
cơng suất đầu ra của bộ khuếch đại không đổi trên một dải rộng các mức
cơng suất đầu vào.

5. Chu trình nhận thức trong mạng vơ tuyến khả tri CRN

Hình 5.1: Chu trình nhận thức.
Ta tóm tắt ba bước cơ bản trong chu trình thơng minh: cảm nhận phổ, phân tích
phổ và quyết định phổ như sau:
 Cảm nhận phổ: Vô tuyến khả tri giám sát các băng phổ khả dụng, nắm bắt
các thơng tin của chúng và sau đó phát hiện ra các hố phổ.
 Phân tích phổ: Các đặc tính của hố phổ có được thơng qua cảm nhận phổ
sẽ được ước tính.


8


Đặng Phương Nam – B18DCVT298

 Quyết định phổ: Vô tuyến khả tri quyết định tốc độ dữ liệu, chế độ truyền
và băng tần truyền. Sau đó, băng phổ phù hợp sẽ được chọn thơng qua các
đặc tính phổ và u cầu của người dùng.

6. Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR

Hình 6.1: Sơ đồ khối thực hiện vô tuyến khả tri CR dựa trên SDR.
Anten băng rộng, là cổng vào vô tuyến khả tri hoạt động trên các băng tần vơ RF,
có khả năng quét băng tần rộng phù hợp với sự thay đổi của môi trường phổ. Ta
biểu thị băng tần tổng đối với anten băng rộng là , gồm N băng con, mỗi băng
con được gán cho một SDR nhất định. Bộ ghép song cơng cho phép phân phân
tách tín hiệu thu/phát RF. Khối lựa chọn tần số động DFS cho phép CR lựa chọn
linh hoạt phổ tần trong môi trường phổ tần động, và giảm thiểu nhiễu. Các khối
SDR hoạt động đồng thời, và mỗi khối đảm nhiệm một phần băng tần tổng. Việc
nhiều SDR đồng hoạt động (thay vì sử dụng một SDR), làm gia tăng tính linh
hoạt về xử lý dữ liệu cũng như tận dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến của CR
trong môi trường phổ tần động. Tất cả dữ liệu đầu ra sau đó sẽ được hợp lại thành
một khối, khối này có nhiệm vụ đưa ra các quyết định thông minh. Các quyết
định này bao gồm việc lựa chọn và kết hợp các thông tin đã phát hiện được, để
đạt được các thông tin ở đầu ra thực sự muốn.
Bộ tổng hợp thích ứng tạo ra sóng mang, thực hiện điều chế và biến đổi nâng tần.
Module máy phát cũng cần các thông tin từ khối IPD như: biểu đồ định vị tần số
sóng mang hiện thời, công suất phát (để xác định mức công suất phát, giảm thiểu
nhiễu). Cổng định thời, định thời việc chiếm dụng phổ trống và phát tín hiệu.
9



Đặng Phương Nam – B18DCVT298

7. Các thành phần cơ bản của vô tuyến khả tri CR để lựa chọn tần số động.

Hình 7.1: Các thành phần cơ bản của vơ tuyến khả tri để lựa chọn tần số động.
 Khối thu thập dữ liệu phổ (khối 1): Lựa chọn tần số động yêu cầu khả năng
cảm nhận băng rộng, thời gian thực của mơi trường phổ. Đây là q trình
lấy mẫu kênh để xác định kênh nào còn trống, kênh nào đã sử dụng. Một
vài thông số liên quan ở quá trình này là độ nhạy máy thu, thời gian lấy
mẫu và khoảng lấy mẫu, các mức ngưỡng để tách tạp âm băng rộng ra khỏi
tín hiệu.
 Khối chức năng phân tích dữ liệu (khối 2): đánh giá, phân tích dữ liệu phổ
và đưa ra quyết định về tính khả dụng của kênh. Quá trình phát hiện này
bao gồm việc phân loại dữ liệu, và sử dụng thông tin thu thập để xác định
kênh có được sử dụng bởi một dịch vụ hay hệ thống truyền thơng khác.
Q trình phát hiện này cũng bao gồm việc thông tin với các tập con của
các node lân cận vì rất có thể ở một đầu của kết nối thì kênh đó rỗi, nhưng
ở đầu kia của kết nối thì kênh đó lại khơng cịn rỗi nữa. Đối với một số
phân hệ di động, việc thơng tin này có thể u cầu dùng kênh hoa tiêu
băng hẹp.
 Tại một ví trí và một thời điểm xác định, khối chức năng thứ ba thực hiện
việc xác định dạng sóng và tần số động để sử dụng. Điều này dẫn tới cần
phải có khối thích ứng với sự thay đổi của mạng (Khối 4).

10


Đặng Phương Nam – B18DCVT298


11